Система базовой изоляции для землетрясения: набросок по принципам, типам, преимуществам и приложениям

Землетрясение или земляные заземления сами по себе не являются катастрофой, это естественное явление, которое является результатом движения земли, иногда насильственного. Они производят поверхностные волны, которые вызывают вибрацию земли и структуры, стоящие сверху. В зависимости от характеристик этих вибраций, на земле могут развиваться трещины, трещины и поселения. Возможный риск гибели жизни добавляет очень серьезное измерение к сейсмическому дизайну, возлагая моральную ответственность за инженеров -структурных инженеров. В последнее время было разработано много новых систем, либо для уменьшения сил землетрясения, действующих на структуру, либо для поглощения части сейсмической энергии.
Одной из наиболее широко реализованных и принятых систем сейсмической защиты является базовая изоляция.

Базовая изоляция является одной из наиболее широко принятых систем сейсмической защиты в областях с подверженностью землетрясениям. Он смягчает эффект землетрясения, по существу, изолируя структуру от потенциально опасных движений наземных. Сейсмическая изоляция - это стратегия проектирования, которая раскрывает структуру для разрушительных последствий движения земли. Термин «изоляция» относится к уменьшению взаимодействия между структурой и землей.

Когда система сейсмической изоляции расположена под структурой, она называется «базовой изоляцией».
Другая цель системы изоляции состоит в том, чтобы обеспечить дополнительное средство рассеяния энергии, тем самым уменьшая передаваемое ускорение в надстройку. Размещение позволяет зданию вести себя более гибко, что улучшает его реакцию на землетрясение. Концепция базовой изоляции объясняется примером здания, опираясь на ролики без трения. Когда земля встряхивает, ролики свободно катятся, но здание выше не движется.
Таким образом, в здание не передается никакой силы из -за встряхивания земли; Просто здание не испытывает землетрясения.

Концепция базовой изоляции объясняется примером здания, опираясь на ролики без трения. Когда земля встряхивает, ролики свободно катятся, но здание выше не движется. Таким образом, в здание не передается никакой силы из -за встряхивания земли; Просто здание не испытывает землетрясения.
Теперь, если такое же здание опирается на гибкие прокладки, которые обеспечивают сопротивление боковым движениям, то некоторый эффект встряхивания земли будет передаваться в здание выше.
Гибкие прокладки называются базовыми изоляторами, тогда как структуры, защищенные с использованием этих устройств, называются базовыми зданиями. Основная особенность технологии базовой изоляции заключается в том, что она вводит гибкость в структуре.

Тщательное исследование необходимо для определения наиболее подходящего типа устройства для конкретного здания. Кроме того, базовая изоляция не подходит для всех зданий. Наиболее подходящими конструкциями для базовой выделения являются низкие до среднеэтажных зданий, которые отдыхают на твердой почве внизу. Высокие здания или здания, отдыхающие на мягкой почве, не подходят для базовой изоляции.

Основной принцип базовой изоляции состоит в том, чтобы изменить реакцию здания, чтобы земля могла перемещаться ниже здания, не передавая эти движения в здание. Совершенно жесткое здание будет иметь нулевой период. Когда земля перемещается, ускорение, вызванное в структуре, будет равным ускорению земли, и между структурой и землей будет нулевое относительные смещения. Структура и земля перемещают одинаковую сумму. Совершенно гибкое здание будет иметь бесконечный период.
Для этого типа структуры, когда земля под движением структуры будет вызвано нулевым ускорением в структуре, а относительное смещение между структурой и землей будет равным смещению земли. Таким образом, негибкие структуры. Структура не будет двигаться, земля будет.

Основные требования системы изоляции
1). Гибкость
2). Демпфирование
3). Сопротивление вертикальным или другим сервисным нагрузкам.

Защита от землетрясения структур с использованием метода базового выделения обычно подходит, если выполняются следующие условия
1. Сложность не дает преобладания длительного движения земли.
2. Структура довольно сочетается с достаточно высокой нагрузкой столбца.
3. Сайт разрешает горизонтальные смещения у основания порядка 200 мм или более.
4. Боковые нагрузки из -за ветра составляют менее 10% от веса структуры.
 

· Когда землетрясение влияет на фиксированную базовую структуру в то время, структуру времени не защищается от землетрясения.
· Но в базовой структуре, когда землетрясение влияет на строительство структуры, очень хорошо защищается от землетрясения.
· В фиксированной структуре структура перемещается с движением земли.
· В изолированной структуре структура не движется с движением грунта. Но подшипник изоляции движется с движением грунта. Таким образом, мы можем сказать, что структура безопасна.

Сейсмические изоляторы

Эластомерные изоляторы
▶ Линейные подшипники натурального каучука (LNR)
▶ Резиновые подшипники с низким содержанием лихорадки
▶ Подшипники свинца-руббера (LRB)
▶ Резиновые подшипники с высоким содержанием лихорадки (HDR)

Скользящие изоляторы
▶ Устойчивая система трения
▶ Система фрикционного муфта (FPS)

Они образованы из горизонтальных слоев натурального или синтетического каучука в тонких слоях, связанных между стальными пластинами.
Стальные пластины предотвращают выпуклые слои резины, поэтому подшипник способен поддерживать более высокие вертикальные нагрузки только с небольшими деформациями.
Простые эластомерные подшипники обеспечивают гибкость, но нет значительного демпфирования и будут двигаться под сервисными нагрузками.

1, Низкий демпфирующий подшипник натурального каучука (LDR)
Коэффициент демпфирования=2% до 3%
Производство легко.
Ответ не сильно чувствительная температура, скорость нагрузки и старения.
Напряжение сдвига превышается до 100%.

2, высокий демпфирующий подшипник натурального каучука (HDR)
Демпфирование увеличивается, добавляя экстра-карбоновый черный, масла или смолы и другие наполнители.
Максимальная деформация сдвига=200 до 350%
Коэффициент демпфирования=10 до 20% при 100% деформации сдвига
Эффективное демпфирование зависит от:
· Скорость нагрузок
· История загрузки
· Температура

3, свинцовые резиновые подшипники (ламинированный резиновый подшипник) (LRB)
Подшипник с подшипником с свинцом или свинцовым сердечником образуется из свинцовой заглушки, подготовленной в предварительно сформированное отверстие в эластомерном подшипнике. Случайное ядро ​​обеспечивает жесткость при сервисных нагрузках и рассеяние энергии при высоких боковых нагрузках. Стальные пластины верхней и нижней части, толстые, чем внутренние прокладки, используются для размещения монтажного оборудования. Весь подшипник заключен в резинку с покрытием для обеспечения защиты окружающей среды.
При подверженности низким боковым нагрузкам (например, незначительным землетрясением, ветром или движением) свинцовый резиновый подшипник жестко как боковое, так и по вертикали.
Боковая жесткость возникает в результате высокой эластичной жесткости свинцовой заглушки и вертикальной жесткости (которая остается на всех уровнях нагрузки) возникает в результате конструкции подшипника стального руббера.

4, скользящие изоляторы
Второй наиболее распространенный тип системы изоляции использует скользящие элементы между фундаментом и основанием структуры.
С высоким натяжением пружин или ламинированного резинового подшипника, сделав скользящую изогнутую поверхность.
Эти механизмы обеспечивают восстановительную силу, чтобы вернуть структуру в ее равновесное положение.
4а Плоские скользящие изоляторы (система устойчивого трения)
Два вида изоляторов плоских скользящих
· С помощью пропускной способности
· Без вспышки мощности
1). Скользящий изолятор без взрыва
Он состоит из горизонтальной скользящей поверхности, позволяющей смещать и, таким образом, рассеивая энергию посредством определенного трения между скользящими компонентами и нержавеющей стали.
Одной из конкретных проблем со скользящей структурой являются остаточные смещения, которые возникают после серьезных землетрясений.
2). Скользящий изолятор с пропускной способностью
По сравнению с скользящими изоляторами, скользящая изоляция Pendula (SIP) с пропускной способностью включает вогнутую скользящую пластину.
Из -за геометрии каждое горизонтальное смещение приводит к вертикальному движению изолятора.
Потенциальная энергия, хранящаяся над надстройкой, которая была выдвинута на вершину, автоматически приводит к тому, что подшипник в нейтральном положении.
Они остаются горизонтально гибкими, рассекают энергию и исследуют надстройку в нейтральное положение.

4B. Сферические скользящие изоляторы (ролики) (Система фрикционных файв) (FPS/FPB)
Система маятника трения представляет собой скользящую систему изоляции, в которой вес структуры поддерживается на сферических скользящих поверхностях, которые скользят относительно друг друга, когда движение земли превышает пороговый уровень.

Требование для установки базовой системы выделения состоит в том, что здание способно перемещаться по горизонтали относительно земли, обычно не менее 100 мм.
Наиболее распространенной конфигурацией является установка диафрагмы непосредственно над изоляторами.
Если в здании есть подвал, то параметры должны установить изоляторы вверху, нижней или середины высоты колонн и стен подвалов.

1. Уменьшение сейсмического спроса на структуру, тем самым снижая стоимость структуры.
2. меньшие смещения во время землетрясения.
3. повышает безопасность конструкций
4. Уменьшение ущерба, причиненных во время землетрясения. Это помогает поддерживать производительность структуры после события.
5. повышает производительность структуры при сейсмических нагрузках.
6. Сохранение собственности

· Сложно реализовать эффективным образом.
· Пособие на смещение здания.
· Неэффективные для высоких зданий
· Не подходит для зданий, отдыхающих на мягкой почве.
 

1. Базовая изоляция мостов
2. Базовая изоляция важных зданий
3. Увеличение отклика исторических структур
4. Изоляция на поле машины

Метод изоляции сейсмической базы оказался надежным методом устойчивой к землетрясениям.
Успех этого метода в значительной степени объясняется разработкой изоляционных устройств и правильным планированием.
Адаптируемые системы изоляции должны быть эффективными во время широкого спектра сейсмических событий.
Необходимы усилия, чтобы найти решения для таких ситуаций, как регионы, где может произойти широкий спектр движений землетрясения.